大学物理复习干涉省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

17 光干涉光干涉第1页一光电磁理论一光电磁理论频率：频率：可见光：可见光：波长：波长：第2页1.光强光强 能流密度（波印亭矢量）能流密度（波印亭矢量）用用 代表电磁波，称光矢量代表电磁波，称光矢量在一个周期内平均能流密度在一个周期内平均能流密度主要是光相对强度，为简便定义主要是光相对强度，为简便定义第3页2.光谱曲线光谱曲线谱线及其宽度谱线及其宽度谱线宽度谱线宽度3.光波描述光波描述理想单色光场波函数理想单色光场波函数单色光：含有单一频率单色光：含有单一频率准单色光准单色光光谱曲线光谱曲线（谱线）（谱线）波长波长强度强度普通：普通：0.110-3nm激光：激光：10-9nm第4页复振幅复振幅:复数表示式复数表示式1)单色平面波单色平面波:2)单色发散球面波单色发散球面波:光光 强强:第5页4.普通吸收和选择吸收普通吸收和选择吸收物质对给定波段内各种波长光吸收程度几乎相同物质对给定波段内各种波长光吸收程度几乎相同对可见光对可见光,改变光强改变光强,不改变颜色不改变颜色.选择吸收选择吸收:若物质对一些波长光吸收尤其强若物质对一些波长光吸收尤其强,则物质有选择吸收则物质有选择吸收可见光入射后可见光入射后,变为彩色变为彩色.5.吸收光谱吸收光谱线状谱线状谱带状谱带状谱连续谱连续谱发射谱发射谱吸收谱吸收谱普通吸收普通吸收:第6页6.光色散光色散)光速和折射率光速和折射率真空光速真空光速介质中光速介质中光速介质折射率介质折射率介质中波长为介质中波长为真空中波长为真空中波长为第7页正常色散正常色散:正常色散曲线正常色散曲线n 随随 增加而单调下降增加而单调下降,下降率在短波一端更大下降率在短波一端更大色散曲线色散曲线第8页第9页石英色散曲线石英色散曲线反常色散反常色散全波段色散曲线全波段色散曲线n 随随 增加而增加增加而增加第10页一、光波相干条件一、光波相干条件(1)(1)频率相同频率相同(2)(2)相位差恒定相位差恒定(3)(3)振动方向平行振动方向平行(存在相互平行振动分量存在相互平行振动分量)光源光源S1光源光源S2折射率不一样折射率不一样 光程差光程差光干涉光干涉 干涉项干涉项光程光程第11页加强加强减弱减弱(k =0 1 2)加强和减弱条件加强和减弱条件:相位差相位差:加强加强减弱减弱(k =0 1 2)光程差光程差:第12页二、相干光取得二、相干光取得光源最基本发光单光源最基本发光单元是分子、原子元是分子、原子1.1.普通光源发光特点普通光源发光特点E1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射自发辐射自发辐射 不一样原子发光：独立不一样原子发光：独立一个原子发光：间歇、随机一个原子发光：间歇、随机非相非相干辐干辐射射1)一个原子每一次发光只能发出一个波列一个原子每一次发光只能发出一个波列2)原子发光是断续原子发光是断续3)各原子各次发光是完全相互独立各原子各次发光是完全相互独立 两个普通光源或同一普通光源不一样部分所发出两个普通光源或同一普通光源不一样部分所发出光是不相干光是不相干 第13页3，激光；激光；1，受激辐射，受激辐射 （激光介质）（激光介质）2，怎样激发，怎样激发 Ne 共振转移共振转移（激发机制）（激发机制）电子碰橦电子碰橦共振转移共振转移20.61eV基态基态 基态基态电子碰橦电子碰橦碰橦碰橦20.66632.8nm 3，怎样积累功率，怎样积累功率 谐振腔谐振腔全反镜全反镜 2%透射镜透射镜4，激光器激光器阳极阳极阴极阴极第14页2.2.相干光取得相干光取得分波面法分波面法分振幅法分振幅法薄膜薄膜1 1不满足相不满足相干条件干条件满足相满足相干条件干条件第15页 托马斯.扬（Thomas.Yong,17731829）。幼年时就聪慧过人，尤其擅长语言，青年时会10种语言。以后他攻读医学，但对物理学也有很大兴趣。在研究听觉和视觉问题时，他注意到光微粒说和波动说争论，尽管当初在学术界占统治地位是微粒说，不过他注意到惠更斯波动说合理性，18他完成了著名杨氏双缝试验，验证了光波动性。第16页1.杨氏双缝干涉试验杨氏双缝干涉试验1)试验装置试验装置缝宽：缝宽：10-4 m双缝距离双缝距离 d:0.1-3 mm屏到双缝距离屏到双缝距离 D:1-10 m屏上横向观察范围屏上横向观察范围:1-10 cm“尽管我仰慕牛顿大名，不过我并不所以而认为他是万无一失。我遗憾地看到，他也会弄错，而他权威有时甚至可能妨碍科学进步。”“他最先破译了数千年来无人能解读古埃及象形文字。”第17页2.杨氏干涉条纹杨氏干涉条纹P点光强点光强S1 和和 S2 振动方向相同振动方向相同,相位相同相位相同频率相同频率相同第18页光强极大极小交替出现光强极大极小交替出现,形成明暗相间、等亮度、等间距条纹形成明暗相间、等亮度、等间距条纹.明纹中心明纹中心:暗纹中心暗纹中心:条纹间距条纹间距(亮亮 亮或暗暗亮或暗暗)第19页讨论讨论:光强极大极小交替出现光强极大极小交替出现,形成明暗相间、等亮度、等间距条纹形成明暗相间、等亮度、等间距条纹.明纹中心明纹中心:暗纹中心暗纹中心:条纹间距条纹间距(亮亮 亮或暗暗亮或暗暗)第20页 一定时，若一定时，若 改变，则改变，则 将怎样改变？将怎样改变？1）第21页2）条纹间距条纹间距 与与 关系怎样？关系怎样？一定时，一定时，第22页3.菲涅耳双棱镜、双面镜和劳埃镜菲涅耳双棱镜、双面镜和劳埃镜暗纹暗纹为何？为何？半波损失！半波损失！菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜DM2S1S2S菲涅耳双棱镜菲涅耳双棱镜SS1S2观察屏D劳埃镜劳埃镜S1SDM观察屏第23页例例、杨杨氏氏双双缝缝干干涉涉试试验验中中,单单色色光光源源波波长长为为 =550nm,图图中中D=3m,d=S1S2=3.3mm,求：求：(1)条纹间距条纹间距;(2)若若将将一一厚厚度度l=0.01mm折折射射率率为为n玻玻璃璃片片放放在在缝缝S2后后面面,此此时时条条纹纹怎怎样样移移动动?写写出出第第k级级条条纹纹移移动动距距离离 x表示式表示式.s2S1OMNdDxn,l解解:(1)条纹间距条纹间距 第24页移动距离为移动距离为:“”“”表示向下移动表示向下移动.(2)条纹由条纹由x向下移动至向下移动至x 处处.放放玻璃片玻璃片玻璃片玻璃片前前,放放玻璃片玻璃片玻璃片玻璃片后后,S2S1OMNdDxn,lx第25页 解：解：介质中光程差为介质中光程差为条纹间隔为条纹间隔为例例.在杨氏干涉试验中，用在杨氏干涉试验中，用=632.8 nm 氦氖激光束垂直照氦氖激光束垂直照射间距为射间距为 d=1.14mm 两个小孔，小孔至屏幕垂直距离为两个小孔，小孔至屏幕垂直距离为 D=1.50 m。试求以下两种情况下干涉条纹间距：。试求以下两种情况下干涉条纹间距：(1)整个装置放在空气中；整个装置放在空气中；(2)整个装置放在整个装置放在 n=1.33 水中。水中。dDSpx=第26页例例 n=1.58薄云母片覆盖杨氏双缝干涉装置一条缝，这时接收薄云母片覆盖杨氏双缝干涉装置一条缝，这时接收屏中心被第五级亮纹占据。屏中心被第五级亮纹占据。（1）若）若=0.55 m，求薄云母片厚度，求薄云母片厚度?（2）若）若d=0.60mm，D=2.5m，求：，求：x0=?（2）干涉条纹中明纹间距为：）干涉条纹中明纹间距为：零级明纹在屏上位置（到屏中心位置）为：零级明纹在屏上位置（到屏中心位置）为：解：（解：（1）设云母片厚度为）设云母片厚度为e，则两束光抵达屏中央光程差为：则两束光抵达屏中央光程差为：第27页亮点亮点薄透镜，近轴光线：薄透镜，近轴光线：透镜不产生附加光程差透镜不产生附加光程差普通在透镜前找光程差普通在透镜前找光程差fSS1S20Pxd亮亮暗暗亮亮暗暗条纹间距条纹间距第28页1）干涉条纹可见度）干涉条纹可见度(衬度衬度)定义定义:下面两节研究干涉条纹清楚度问题下面两节研究干涉条纹清楚度问题 光源宽度影响光源宽度影响-空间相干性空间相干性 光源单色性影响光源单色性影响-时间相干性时间相干性第29页当当 时，条纹完全含糊时，条纹完全含糊 当当 发出光抵达屏上发出光抵达屏上O点点光程差光程差 时，时，条纹尚能分辨，条纹尚能分辨，提升光强提升光强 条纹清楚条纹清楚用扩展光源用扩展光源各自产生一套干涉条纹，各自产生一套干涉条纹，相互重合。相互重合。扩展光源扩展光源17.2.3光源宽度对干涉条纹影响光源宽度对干涉条纹影响 光场空间相干性光场空间相干性第30页